高水基液润滑轴向柱塞液压马达滑靴副的研究与改进

　　1 引言

　　由于能源问题、环保问题及特殊场合的特殊需求,近20多年来使用环保型95%水的高水基液或纯水作为液压传动介质的水压技术越来越受到人们的重视,并已经成为现代液压技术的热点和发展方向。相比油压技术,水压技术亟待解决的主要问题之一是高水基液或纯水润滑性差的问题。基于流体力学理论,笔者从结构设计出发对既有的轴向柱塞液压马达滑靴副进行了研究和改进,使之更好地满足水压传动的润滑需求。主要研究思想是在滑靴底面重新加工规则的凹坑,使之改变滑靴底面的压强分布,在不过份削减润滑膜总支承力的前提下,提高滑靴外周的润滑膜支承力以改善滑靴外周的过度磨损状况。

　　2 方案选择

　　根据轴向柱塞液压马达工作原理,可知柱塞滑靴的流量压力具有周期性。如图1a所示,当柱塞从位置1转到位置2时,不可避免地产生压力冲击,此时滑靴与斜盘的接触面间由于高水基液的迅速流失,已大部分呈干摩擦状态。而压力冲击一是加剧了硬度较高的斜盘表面粗糙峰在整个滑靴表面的磨粒磨损;二是造成滑履底面和斜盘局部咬合产生粘着磨损。在整体存在一定磨损的情况下,边缘磨损尤为严重。

　　考虑滑靴工作过程中静压润滑的不完整性,故在图1b所示的滑靴底面(R0-r0)的环状带内开设规则的沿径向收敛的凹坑以改善其润滑效果。理论解释是:(1)满足动压润滑条件,期望能建立起动压润滑;(2)凹坑储液,压力冲击时由于挤压效应液膜产生额外的支承压力;(3)凹坑储液,即使达不到厚膜润滑效果,也能建立比干摩擦好得多的薄膜润滑。

　　3 滑靴底面流场分析

　　滑靴工作时底面流场可以分解为马达转动产生的剪切流和来自于静压支承的点源放射状压差流。如图2所示。

　　为了简单起见先讨论滑靴无自旋时的情况。图2中左侧为滑靴底面小孔出流的压差流流场,右侧是将参照系建立在滑靴底面上所得到的剪切流流场,X为滑靴转动的绝对转速,u为剪切流相对滑靴底面的流动速度。因为斜盘是静止的,所以剪切流的平均绝对速度只有滑靴底面相对应点线速度的一半,ω•ρr/2大小为,其速度方向与滑靴底面相对应点的线速度方向相同;相对速度u大小为ω•ρr-ω•ρr/2速度方向与滑靴底面相对应点的线速度方向相反。

　　其中高压区,(d0-d1)的环状带内,

　　速率:

　　为了求u,v的矢量和,需要两者的方位角,如图3所示。

　　式中 r—滑靴底面的点至滑靴中心的距离,且d1/2[r[d₀/2

　　Q—为滑靴在斜盘平面上椭圆轨迹的等效圆半径,Q=17182 mm